온도에 따른 건축자재의 휘발성유기화합물의 방출에 관한 연구 = Study on the temperature effect for the VOCs emission from building materials

국문 초록 (Abstract)

건축물의 실내 마감재로 사용되는 건축자재에서 휘발성유기화합물의 방출량은 매우 크다고 알려져 있다. 이 휘발성유기화합물의 방출에 의해 새집증후군, 화학물질 과민성과 같은 증상 등을 야기시켜 재실자의 건강에 크게 영향을 미치고 있다.
본 연구는 실내 마감재로 사용되는 건축자재 중 바닥재로 사용되는 온돌마루와 접착제에 대하여 온도에 따른 특성을 파악하고, 실내의 오염도를 예측하고자 하였다. 이를 위하여 온도 25 ℃, 35 ℃, 40 ℃와, 습도 50 %의 소형챔버에서 온돌마루와 접착제에 대한 방출실험을 실시하였고, 혼합자재의 온도에 따른 영향을 파악하기 위하여 축소모형을 제작한 후 온돌마루와 접착제를 동시에 시공하여 25 ℃, 35 ℃, 40 ℃의 온도조건에서 방출실험을 실시하였다. 또한, 온도에 따른 방출율을 예측하기 위하여 다목적 모델의 적용 가능성을 검토하고자 하였다.
본 연구의 개략적인 내용은 다음과 같다.
첫째, 온돌마루 및 접착제의 온도에 따른 영향에서 온돌마루는 온도가 증가할수록 방출율이 증가하고 접착제는 초기에는 방출율이 증가하다가 약 1일 후에는 온도 증가 시 오히려 방출율이 감소하는 경향을 보이고 있다. 또한, 온돌마루의 방출율은 초기 약 4일 후까지 급격히 증가하다가 그 이후는 증가율이 둔화되는 경향을 나타내고 있어, 온도에 의하여 초기 방출율을 증가시키면 건축자재가 가지고 있는 오염물질이 낮은 온도보다 상당량 제거되어 베이크아웃의 효과가 있을 것으로 사료된다.
둘째, 온돌마루와 접착제의 온도에 따른 방출율을 예측하기 위하여 1차 지수 모델, 2차 모델, n-차 모델, 이중 1차지수 모델 등 다목적모델을 사용하였다. 1차 지수모델은 초기에는 과대평가되고, 장기간에는 과소평가되는 경향을 나타냈고, 2차 모델은 장기간 예측 시 과소평가, n-차 모델은 장기간 예측시 과대평가되는 경향을 나타났다. 그러나, 이중 1차 지수 모델은 상관계수가 0.95, NMSE (Normalized Mean Square Error)가 0.25 이내로 예측율이 매우 양호하게 나타났다. 다중 1차 지수함수는 실내에 여러 발생원이 있을 때에 사용하는 것으로 알려져 있지만, 단일자재의 단기간 및 장기간의 예측을 수행하고자 할 때에 매우 타당한 것으로 사료되며, 시리즈로 있는 혼합자재의 단기간 및 장기간 예측에도 양호하여 유용하게 활용할 수 있을 것이다.
셋째, 실내에서의 TVOC 농도변화를 예측하기 위하여 본 연구에서 산출된 방출계수와 선행 연구자들에 의해 개발된 건축자재로부터의 VOC 방출계수를 적용하여 BOX 모델을 수행하였다. 그 결과 초기방출계수가 클수록 실내에서의 TVOC 농도가 지속적으로 높은 특성을 보이고 있어 환기량에 대한 고려가 필요한 것을 알 수 있었다. 특히 방출 개시 이후 약 3주까지 실내의 TVOC 농도는 매우 높게 나타났으며 경우에 따라서는 5주까지 지속되는 것으로 나타났다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In the building, emission of VOCs(Volatile Organic Compounds) from indoor building materials is known to be very significant. Exposure to VOCs causes SBS(Sick Building Syndrome) or MCS(Multiple Chemical Sensitivity) and results in various unhealthy effects on the residents.
In flooring materials, effects of plywood flooring and adhesive by temperature was investigated and indoor pollution rate was estimated in this study. Emission experiments for each material were performed in small chamber having humidity of 50%, and temperature of 25 ℃, 35 ℃, 40 ℃, respectively. The complex assembly of plywood flooring and adhesive, was made and also tested in the down-scaled chamber in the temperature of 25 ℃, 35 ℃, 40 ℃. Also, possibility of adapting multi-purpose model for predicting emission rate by temperature was considered.
For plywood flooring, the emission factor was increased by temperature and for adhesive, initially it showed the same tendency but after 1 day, it was decreased by temperature. And emission factor of plywood flooring was rapidly increased first 4 days and slowed down later. Therefore, for plywood flooring and adhesive, high temperature in initial period can remove the pollutants effectively and it means baked-out effect.
Multi-purpose model(1st order exponential model, 2nd and nth order decay models, double 1st order exponential model and etc.) were used for predicting emission factors of plywood flooring and adhesive by temperature. For 1st order exponential model, initially it was overestimated but underestimated for the long period. And for 2nd order decay model, it was also underestimated but for nth order decay model, it was overestimated for the long period. However, double 1st order exponential model showed good fitting with correlation coefficient of 0.95 and NMSE(Normalized Mean Square Error) of below 0.25. Double 1st order exponential model have been used in the case of multi indoor sources, but it is considered that emission prediction for single material or series of complex materials in short or long period is suitable.
To estimate indoor TVOC(Total Volatile Organic Compounds) concentrations, BOX model was performed using emission factors from this study and from the former researchers' studies. As a result, the larger emission factors were, the higher TVOC concentrations were, meaning necessity for considering ventilation capacity. Especially, indoor TVOC concentrations were high for about 3 weeks from emission beginning and lasted to 5 weeks for other cases.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 = 1
• 1.1 연구배경 및 필요성 = 1
• 1.2 연구의 목적 = 4
• 1.3 연구방법 및 내용 = 5
• 제2장 이론적 고찰 = 9
• 2.1 휘발성유기화합물 = 9
• 2.1.1 VOCs의 발생원 = 9
• 2.1.2 VOCs의 인체에 미치는 영향 = 12
• 2.2 관련연구동향 = 15
• 2.3 오염물질 방출의 평가방법 = 19
• 2.3.1 측정에 의한 평가 = 19
• 2.3.2 모델링에 의한 평가 = 22
• 2.3.2.1 다목적모델 = 26
• 2.3.2.2 내부 코팅제에 대한 모델 = 30
• 2.3.2.3 건자재에 대한 모델 = 34
• 2.3.2.4 용제증발 및 유출 모델 = 40
• 제3장 실험방법 = 43
• 3.1 실험의 개요 = 43
• 3.2 실험장치 = 46
• 3.2.1장치의 구성 = 46
• 3.2.2 방출시험챔버 = 49
• 3.2.3 축소모형 = 50
• 3.3 측정 및 분석방법 = 52
• 제4장 실험결과 및 고찰 = 55
• 4.1 온습도 측정결과 = 55
• 4.2 방출시스템 평가 = 57
• 4.3 방출율 산정 = 58
• 4.4 단일자재의 방출특성 = 59
• 4.4.1 VOC 물질별 방출특성 = 59
• 4.4.2 온돌마루의 시간 및 온도에 따른 방출특성 = 63
• 4.4.3 접착제의 시간 및 온도에 따른 방출특성 = 75
• 4.5 모형실험에 의한 혼합자재의 방출특성 = 83
• 4.6 소결 = 87
• 제5장 바닥재의 VOCs 방출율 평가 = 89
• 5.1 개요 = 89
• 5.2 모델링을 위한 이론 및 구성 = 90
• 5.2.1 1차 지수 모델 = 90
• 5.2.2 고차 감쇠 모델 = 91
• 5.2.3 이중 1차 모델 = 92
• 5.3 온돌마루와 접착제의 TVOC 방출율 예측 = 94
• 5.4 TVOC 방출율 예측식 평가 = 103
• 5.5 축소 모형에 의한 방출율 예측식 개발 및 평가 = 109
• 5.6 소결 = 114
• 제6장 BOX 모델에 의한 실내 TVOC 농도 예측 = 116
• 6.1 개요 = 116
• 6.2 BOX 모델의 이론과 구성 = 116
• 6.3 BOX 모델에 의한 실내 TVOC 농도 예측 = 120
• 6.4 소결 = 127
• 제7장 결론 = 129
• 참고문헌 = 132
• ABSTRACT = 143